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崔光磊/張增奇/劉濤EnSM：削弱溶劑極性實現(xiàn)無穿梭效應(yīng)和寬溫鋰電池

鋰-有機(jī)電池具有無過渡金屬正極、資源可持續(xù)性和低成本的特點，顯示出成為嚴(yán)重依賴稀缺自然資源的鋰離子電池替代品的巨大潛力。

然而，鋰-有機(jī)電池受到穿梭效應(yīng)和不穩(wěn)定的鋰金屬負(fù)極的困擾，特別是在極端的運(yùn)行條件下。高濃度或局部高濃度的電解液可以緩解這些問題，但代價是高成本和環(huán)境問題。

圖1. 不同電解液中的鋰-有機(jī)電池的電化學(xué)行為

中科院青能所崔光磊、張增奇、劉濤等提出了一種標(biāo)準(zhǔn)濃度的電解液，通過削弱溶劑的極性，顯示出與有機(jī)活性材料（無穿梭效應(yīng)）和鋰金屬負(fù)極（庫倫效率～99.52%）的良好兼容性。

基于理論和實驗研究，作者證明了正庚烷對鋰金屬具有熱力學(xué)穩(wěn)定性，從而大大減少了電解液和鋰金屬之間的副反應(yīng)，這使鋰的庫倫效率達(dá)到99.52%。此外，由于正庚烷的離子解離度超低，它可以有效地抑制苝-3,4,9,10-四羧酸二酐（PTCDA）在電解液中的溶解，此外它還可以削弱溶劑和Li⁺之間的親和力。

圖2. 不同電解液和鋰金屬之間的兼容性評估

結(jié)果，PTCDA|Li電池在200次循環(huán)后保持了98.2%的容量，平均庫侖效率為99.97%，并且在-40至+60℃的環(huán)境中顯示出高循環(huán)穩(wěn)定性。

此外，采用所設(shè)計的電解液替代傳統(tǒng)電解液后，PTCDA|Li軟包電池的能量密度在相同條件下增加了13.9%。另外，這種電解液可以擴(kuò)展到其他（Li-S、Li-FeS）電池中，以解決穿梭效應(yīng)和不穩(wěn)定鋰負(fù)極的困境。

圖3. PTCDA|Li電池的寬溫性能

Weakening solvent polarity enables shuttle-effect-free and temperature-independent lithium-organic batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102816

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